热处理对牛初乳理化性质和功能性蛋白的影响

刘丽平，张志立，杜传来

1 安徽科技学院，安徽滁州 2331002 现代牧业（五河）有限公司，安徽蚌埠 233300

0 引言

牛初乳是母牛分娩后最初几天乳房分泌的乳汁，其含有丰富的营养物质和活性成分，对动物机体和人类健康方面具有重要的作用，如免疫调节、生长发育调节、肠道健康调节以及延缓衰老等多种保健作用[1，2]，因此，常用作功能性食品基料，用于生产功能性食品和保健品。

牛初乳与常乳理化性质和功能特性差异很大，初乳黏度和相对密度均显著高于常乳，初乳中含有更多的总固体、脂肪、蛋白质、矿物质和维生素等，同时又含有种类和数量更多的生物活性成分，如乳铁蛋白、免疫球蛋白和生长因子等[3]，因此，对热处理条件要求更高。从卫生安全的角度考虑，需要提高初乳加工的热处理强度，尽可能地杀灭病原微生物，保证初乳食品安全；但是，从生物活性和功能特性角度考虑，需要降低其加工的热处理强度，以尽可能地减少活性物质损失，保持初乳的功能特性[4]。因此，研究热处理条件对初乳理化性质和功能特性的影响，对于控制牛初乳热处理工艺参数，加工和开发牛初乳相关产品具有重要的意义。本研究分析了7 种不同热处理条件对牛初乳成分、理化性质和功能蛋白的影响，以期为牛初乳的开发应用提供更为详实的数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

牛初乳样品：采自于安徽某牧场，荷斯坦牛分娩后6 h内收集初乳用于后续试验。

1.2 试验方法

1.2.1 热处理试验设计

本研究所用的热处理条件设置如下：55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s。从牧场取回的新鲜牛初乳迅速送回实验室，按照上述条件分别进行加热处理，热处理结束后在冰浴中迅速冷却，取样进行后续指标的测定。每个处理条件至少4 个样品重复。

1.2.2 初乳理化指标检测

采用乳成分分析仪（MilkoScan FT1，FOSS，丹麦）进行初乳理化指标检测，包括乳脂、乳蛋白、乳糖、总固体含量、密度、非脂固形物（SNF）、总固形物（TS）、柠檬酸、蔗糖、尿素、酪蛋白等指标。

1.2.3 菌落总数

1.2.1中不同加热处理得到的初乳样品分别进行1∶10、1∶100和1∶1000倍数稀释，并按照GB 4789.2—2016[5]中规定的方法进行菌落总数检测和数据记录。

1.2.4 大肠菌群计数

1.2.1中不同加热处理得到的初乳样品分别进行1:10、1:100和1:1000倍数稀释，并按照GB 4789.3—2016[6]中规定的方法进行大肠菌群数检测和数据记录。

1.2.5 金黄色葡萄球菌

1.2.1中不同加热处理得到的初乳样品分别按照GB 4789.10—2016[7]中规定的方法进行检测和结果记录。

1.2.6 功能性蛋白

初乳中功能性蛋白，如乳铁蛋白、免疫球蛋白（IgG）和碱性磷酸酶均使用酶联免疫（ELISA）试剂盒，按照说明书要求进行检测。

1.3 数据统计与分析

各指标原始数据通过Microsoft Office Excel 2016进行简单整理，数据以“平均值±标准误差”表示，采用SAS 9.1软件进行统计学分析，利用ANOVA进行方差分析，P＜ 0.05表示统计学上差异显著。

2 结果

2.1 热处理条件对初乳物理指标的影响

牛初乳经过不同热处理加工后物理性状采用乳成分分析仪进行了分析，从外观上看，由图1可以看出，牛初乳在53 ℃、55 ℃和60 ℃分别处理30 min和60 min没有显著变化，但是在63 ℃条件下处理30 min和60 min，以及在72 ℃条件下处理15 s，出现明显的蛋白凝块。物理指标方面，由图1可以看出，牛初乳经53 ℃、55 ℃和60 ℃分别处理30 min和60 min，密度和酸度没有显著变化；经60 ℃处理30 min和60 min后，尽管没有显著差异，密度和酸度有下降的趋势；经72 ℃处理15 s后，密度和酸度显著下降（P＜ 0.05）。

图1 热处理对初乳物理指标的影响

2.2 热处理对牛初乳化学指标的影响

由图2可以看出，热处理条件如55 ℃/30 min、55 ℃/60 min和60 ℃/30 min、60 ℃/60 min对牛初乳的乳脂肪、乳蛋白、SNF、TS、乳糖、低乳糖、柠檬酸、酪蛋白和尿素水平均无显著影响；63 ℃/30 min和63 ℃/60 min处理条件对乳脂肪、乳糖和低乳糖含量没有显著影响，对乳蛋白、SNF、TS、柠檬酸、酪蛋白和尿素水平影响虽不显著，但是有使上述指标下降的趋势；72 ℃/15 s的热处理条件对乳脂肪、乳糖和低乳糖水平无影响，但却导致乳蛋白、SNF、TS、柠檬酸、酪蛋白和尿素水平显著降低（P＜ 0.05）。

图2 热处理对初乳化学成分的影响

2.3 热处理对初乳菌落数量的影响

由表1可以看出，初乳中菌落总数为6.99×104CFU/mL，经过本试验热处理后菌落数显著将降低；初乳和不同热处理之后乳样品中大肠菌群数均小于1 CFU/mL；所有样品，包括初乳和加工之后的乳样品，均无金黄色葡萄球菌检出。

表1 热处理对初乳微生物菌落数的影响

2.4 热处理对初乳功能性蛋白的影响

由图3可以看出，免疫球蛋白IgG方面，55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等热处理条件均显著降低牛初乳中IgG水平（P＜ 0.05），不同处理条件之间虽没有显著差异，但是从数值上来看，63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等热处理之后的牛初乳中IgG水平略低于55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min和60 ℃/60 min等处理后牛初乳中相应的IgG水平；乳铁蛋白方面，由图3可以看出，本研究中涉及的热处理条件对牛初乳中乳铁蛋白含量没有影响，但是，从数值上来看，与未加工的牛初乳相比，72 ℃/15 s处理后乳铁蛋白含量数值较低。

图3 热处理对功能蛋白的影响

3 讨论与分析

牛初乳由于其独特的营养价值和生理调节功能，被用于功能性食品和保健品的加工和开发中[8，9]。但是，由于其理化性质不同于常乳，一般的常乳加工方式并不适用于初乳加工。因此，本研究系统地探究了不同热处理条件对牛初乳理化指标和功能性蛋白的影响，同时，考虑到加工乳的卫生安全，同时检测了微生物菌落数的变化。

目前已知，传统的巴氏杀菌热处理工艺（62.5～73 ℃）会使初乳结块、产生臭味等不良结果[10]。国外学者发现，60 ℃条件下加热60 min，初乳黏度不变，进一步延长加热时间至180 min，初乳中免疫蛋白无变性和结块现象，但是当加热到63 ℃时，无论时间长短，初乳的黏度都显著增加[11]，这与本研究结果比较一致，本研究发现当处理温度达到63℃及以上时（63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s），牛初乳会出现明显的结块现象。这可能是因为热处理会降低牛奶中乳清蛋白的溶解度，随着加热温度的升高，乳清蛋白逐渐析出[12]。此外，牛初乳中蛋白质和脂肪含量较高，分别可达到常乳的2 倍和5 倍之高，同时，初乳中钙、磷、镁和锌等含量分别可高达1700 mg/kg、1800 mg/kg、500 mg/kg和20 mg/kg，因此，在热处理的过程中更容易导致蛋白质变性，出现结块、黏度增大现象[10，13]。与此相对应地，本研究发现，初乳在经过72 ℃/15 s后乳蛋白、SNF、TS、柠檬酸、酪蛋白和尿素水平显著降低，63 ℃/30 min和63 ℃/60 min处理条件对上述指标影响虽不显著，但有下降趋势，说明牛初乳加工温度达到63 ℃会发生理化方面的损伤。因此，牛初乳的加工条件一定要比常乳热加工强度更加温和，加热温度应控制在63 ℃以下。

降低初乳的热加工强度除了要避免结块、臭味等不良结果，更多地还是要考虑初乳的功能特性。初乳中富含免疫球蛋白，其中含量最高的是IgG，总免疫球蛋白的90%左右，此外，初乳中的乳铁蛋白含量也高达初乳中的50～100 倍[14]。初乳中IgG和乳铁蛋白的含量很大程度上可以代表初乳的功能特性。本研究发现，55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等热处理条件均显著降低牛初乳中IgG水平。与本研究结果类似，程金波等[15]研究发现，55 ℃的牛奶预热加工方式显著降低常乳中IgG水平，但是Elizondo-Salazar等[11]和Mainer等[16]发现60 ℃/30 min并不影响牛初乳中IgG水平，不过，Elizondo-Salazar等[11]进一步延长加热时间发现，60 ℃/90 min可以显著降低IgG1的水平[11]。目前比较一致的是，许多研究都发现，72 ℃/15 s的常见巴氏杀菌处理条件降低l 乳制品中IgG水平[17～20]。与IgG相比，乳铁蛋白稳定性略高，本研究所用热处理条件对初乳中乳铁蛋白水平影响不显著。与之一致的是，Dupont等[21]用Elisa法发现巴氏杀菌处理对常乳中乳铁蛋白含量没有影响，但是，Chen等[22]研究72.5 ℃/15 s处理导致超过40%的乳铁蛋白损失，这可能与检测方法有关，其检测的是未变性的乳铁蛋白形式，可能更能准确地反应乳铁蛋白的损失情况[22]。因此，对于初乳的开发与加工，需要结合生产目的进行加工工艺参数的控制。

从理化性质和功能特性角度出发，都应尽可能的降低热处理的强度，但是，为了保证初乳的卫生安全，又应保证一定的热处理强度，本研究对不同热处理条件下初乳的微生物菌落数进行的统计，结果发现，本研究所用热处理条件均显著降低了菌落总数，使菌落总数、大肠菌群数和金黄色葡萄球菌数控制在国家标准范围内，并达到了优质乳的要求，这与前人的研究结果类似，在热处理强度大于57 ℃/90 min时，可有效地控制初乳中菌落总数和病原菌的数量[11，23]。

4 结论

本研究发现，热处理条件如63 ℃/30 min和60 min，以及在72 ℃/15 s，初乳出现明显的蛋白凝块；72 ℃处理15 s后显著影响初乳的理化特性。本研究所有热处理条件均显著降低菌落总数，有效控制大肠菌群和金黄色葡萄球菌数；经本研究设置的热处理后初乳中IgG水平显著降低，乳铁蛋白含量不受影响。综上考虑，建议初乳热加工温度控制在63 ℃以下，并根据生产目的有针对性地控制热加工参数。